Puntos cuánticos de óxido de grafeno: un estudio computacional-experimental de su síntesis y sus propiedades ópticas y electrónicas - Jauja Ccana, Victor Raúl (2020)
Los puntos cuánticos de grafeno (GQDs) son un nuevo miembro de la familia de los materiales carbonosos que han concitado gran interés por las propiedades y aplicaciones en diferentes campos como el de sensores, catálisis, medicina, etc. Sus propiedades varían con su tamaño, morfología, dopaje y grupos funcionales presentes en su estructura; a pesar de ello en la literatura no se hace una clara distinción entre GQDs y la especie que contiene grupos funcionales oxigenados, cuya estructura es más probable por el tipo de método de síntesis utilizado y que algunos autores denominan puntos cuánticos de óxido de grafeno (GOQDs). Esta tesis está enfocada en combinar métodos computacionales y experimentales para el estudio de la síntesis electroquímica de GOQDs, su comportamiento en solventes de diferente naturaleza y el efecto de estos al incorporarlos en compósitos basados en TiO2 enfocado en aplicaciones fotoquímicas. El primer aspecto está enfocado en estudiar la síntesis de GOQDs a través de un método de carbonización electroquímica. Los resultados obtenidos por espectroscopía UV-vis y FT-IR muestran que al grado de oxidación de las partículas obtenidos están influenciadas por el tipo de solvente y electrolito, el pH, el potencial aplicado y la relación alcohol/agua. A partir de estos resultados se propone un mecanismo de formación de los GOQDs racionalizado mediante un estudio teórico basado en la teoría del funcional de la densidad (DFT). Estos resultados permitieron desarrollar un método de síntesis de GOQDs a partir del etanol de 96o (comercial). El segundo aspecto combina métodos experimentales y computacionales mediante dinámica molecular (MD) para estudiar el comportamiento de los GOQDs en solventes de diferente naturaleza y el cual se relaciona además con su comportamiento óptico. Los resultados muestran que el orden en el grado de agregación final de los GOQDs en estos solventes es el siguiente: agua > hexano > acetona > cloroformo > tolueno ≈ etanol. El tercer aspecto se centra en estudiar mediante métodos computacionales y ensayos experimentales el efecto de los GOQDs en las propiedades fotocatalíticas del compósito TiO2/ GOQDs. Los resultados muestran que (1) la inclusión de grupos oxigenados en la estructura de los GQDs, convierte a estos de semiconductores tipo n a semiconductor tipo p y (2) los GOQDs forman un heterojunción tipo II con el TiO2, por lo que podría ser utilizado en aplicaciones fotocatalíticas. Estos resultados son compatibles con los observados de manera experimental a partir de sus espectros UV-Vis y ensayos foto-electroquímicos.